电子电气产品的插头放电测试

2014-09-07王婷婷俞毅敏戴妙妙上海市质量监督检验技术研究院

上海计量测试 2014年3期

王婷婷张红俞毅敏戴妙妙马壮 / 上海市质量监督检验技术研究院

0 引言

电子电气产品，尤其是家用电器产品的安全涉及千家万户的生命财产安全，为加强监管力度，政府把电气安全纳入了强制性认证目录。插头放电项目作为电子电气产品的重要安全项目之一，直接关系到普通使用人员在操作时的人身安全，正确地判定插头的放电量是否在安全范围，也是相关实验室在监测工作中遇到的难点。

电子电气产品的输入电路往往含有储能元件，通电一段时间后其储能元件中会充满电量。拔出插头后，如果没有有效的放电电路，或储能元件中的电量过大，与放电电路的放电速度不匹配，就会给触碰插头的人员带来触电的感觉。本文研究了插头放电的测试方法，比较了不同标准判定的差异，指出测试中的注意点。

1 插头放电测试标准

多类产品的安全测试均须进行插头放电测试，如音频、视频及类似电子设备、信息技术设备，家用和类似用途电器、灯具、测量、控制和实验室用电气设备，手持式电动工具、医用电气设备、电力变压器、电源、电抗器和类似产品等，涉及标准有[1-8]GB 4706.1-2005（IEC 60335-1：2010）、GB 8898-2011（IEC 60065：2011）、GB 4943.1-2011（IEC 60950-1：2013）、GB 7000.1-2007（IEC 60598-1：2008）、GB 4793.1-2007（IEC 61010-1：2010）、GB 3883.1-2008（IEC 60745-1：2006）、GB 9706.1-2007（IEC 60601-1：2012）、GB 19212.1-2008（IEC 61558-1：2009）等。虽然各标准判定要求存在差异，但测试方法一致。不同标准对被测试设备是否满足标准要求的判定依据不同，但一般均考察下面两个参数，一是考察特定时间的电压，判断其是否满足标准规定的电压值以下，如 GB 4706.1-2005（IEC 60335-1：2010）中规定当测试样品在电压峰值时从电源断开，在断开后的1 s，插头各插脚间的电压不超过34 V；二是考察电压下降到特定值时所需的时间，判断该时间是否短于标准要求的时间，如GB 4943.1-2011（IEC 60950-1：2013）中要求对A型可插式设备，其放电时间常数不超过1 s，对B型可插式设备，其放电时间常数不超过10 s。放电时间常数定义为经过该段时间放电，电压将衰减到初始值的37%。

2 插头放电测试

2.1 测试方法

插头放电测试所涉及的主要设备有交流源、示波器、探头、开关。测试线路如图1所示。

图1 测试线路示意图

试验需要满足下列环境条件：符合标准要求的稳定环境，无外来辐射热及气流影响。使用温湿度指示仪表监控整个试验过程的温湿度，如有条件，监控试验过程的大气压和样品周围的风速。按如图所示施加符合标准要求电压。然后切断电路，使用示波器测试电路切断后特定时间的最大电压Vmax，并记录相关波形。

2.2 理论计算

插头放电的理论值可按下式进行计算：

式中：U0— 电压峰值；

t — 放电时间；

R — 被测插头内阻；

C — 被测插头电容；

U — 放电一段时间后的电压；

RC — 时间常数。

3 分析与讨论

使用Tektronix DP05204示波器对测试插头进行放电试验，测试用电压为220 V，50 Hz的交流电。接通线路，分别测试放电1 s、2 s、5 s、10 s后的样品两端电压。测试样品主要零部件为金属化膜聚丙烯电容器和玻璃铀电阻器，所用零部件可承受电压400 V、准确度在1%以上、温度系数在100×10-6以下、引出端为插片。分别采用两种不同规格的样品和探头进行试验。使用Fluke 8846A数字多用表测试样品1电阻R为6.699 MΩ，电容C为0.153 μF，时间常数为1.025；测试样品2电阻R为21.81 MΩ，电容C为0.151 μF，时间常数为3.29。使用的探头1为Agilent的10076B探头，内阻66.7 MΩ，电容3 pF；探头2为上海某厂生产的XJ23702高压高阻无源探头，内阻100 MΩ，电容12 pF。经过反复测试，取多次测试电压的最大值，可得不同放电时间时的测试电压，样品1和样品2的测试值和理论值如表1和表2所示（计算理论值时需同时考虑样品和探头的电阻和电容。由于探头电容很小，可忽略不计）。样品和探头1的等效电阻R11为6.088 MΩ，样品和探头2的等效电阻R12为6.278 MΩ。表中理想探头一栏为不考虑探头影响时的理论值，此时探头R→∞，等效电阻即为样品内阻值。使用理想探头可以反映样品自身的阻抗特性。

从表1和表2可知：

1）理论值总是大于测量值，通过分析可知，实际测试中，很难在电压峰值切断电源，故电压不是从最大值开始放电，导致测量值偏小。图2为使用2号探头测1号样品1 s时的波形图，从图中可以清楚地看出初始电压为301.9 V，未达到峰值311 V。

表1 样品1不同放电时间的测试电压

表2 样品2不同放电时间的测试电压

图2 2号探头测1号样品1 s时的波形图

2）探头内阻需尽量大，电容需尽量小，从而降低测试时探头阻抗对样品本身的影响。为了减少探头阻抗对测试结果的影响，IECEE的CTL决议（DSH-0716）[9]对插头放电测试使用的探头做了明确规定，探头电阻大于100 MΩ，电容小于25 pF。如若探头内阻不够大，在测试大内阻的样品时探头内阻影响较大，误差会较大，从表3和表4可以看出。